Mathématiques du secondaire qualifiant

Produit vectoriel (3)

Exercice 1 tp

L'espace 𝔼 est rapporté à un repère orthonormé direct (O;i;j;k).
On considère dans 𝔼 une droite (D) définie par

{ x+2z+2=0
2x-y+2z+4=0

1) Déterminer un vecteur directeur de la droite (D).
2) Vérifier que A(0;2;-1)∈(D).
3) Calculer la distance du point Ω(-1;2;0) à (D).

4) Déduire une équation cartésienne de la sphère (S) de centre Ω pour que la droite (D) lui soit tangente au point H qui doit être déterminé.

Correction

1) x+2z+2=0 est une équation d'un plan P de vecteur normal n(1;0;2).
2x-y+2z+4=0 est une équation d'un plan Q de vecteur normal m(2;-1;2).
Si m=kn alors 2=k ; -1=0 et 1=k
et ce n'est pas possible.

n et m ne sont donc pas colinéaires
d'où (D) est une droite de vecteur directeur n∧m=u.
2) On a 0+2.(-1)+2=0 donc A∈P
et 2.0-2+2.(-1)+4=0 donc A∈Q.
d'où A∈P∩Q=(D).
Propriété Soient P et Q deux plans se coupent selon une droite (D)
et (Δ1) et (Δ2) deux droites
Si (Δ1)⊥P et (Δ2)⊥Q alors (D)⊥(Δ1) et (D)⊥(Δ2).

On détermine le vecteur u

n∧m= i 1 2
j 0 -1
k 2 2
= 0 -1 i - 1 2 j + 1 2 k
2 2 2 2 0 -1

=2i+2j-k donc n∧m(2;2;-1)
ainsi u(2;2;-1).

3) Notons que la distance d'un point B à une droite D(A;u) est définie par

d(B;(D)) = || AB∧u ||
||u||

donc

d(Ω;(D)) = || AΩ∧u ||
||u||
∧u= i -1 2 =
j 0 2
k 1 -1
0 2 i - -1 2 j + -1 2 k
1 -1 1 -1 0 2

=-2i+j-2k donc AΩ∧u(-2;1;-2)
d'où d(Ω;(D))=3÷3=1.

4) (D) tangente à (S) signifie R=d(Ω;(D))
donc (x+1)²+(y-2)²+z²=1
d'où x²+y²+z²+2x-4y+4=0 est une équation cartésienne de la sphère (S) de centre Ω et de rayon R=1.

Pour déterminer H il suffit de résoudre le système

{ x²+y²+z²+2x-4y+4= 0 (t∈IR)
x=0+2t
y=2+2t
z=-1-t

en remplace les valeurs de x ; y et z dans l'équation de la sphère
on obtient (3t+1)²=0 ou encore t=-1÷3 donc

H( -2 ; 4 ; -2 )
3 3 3